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Le CESBIO devient une unité sous contrat (USC) de l’INRA

Publié le 17/05/2019

Pour renforcer et amplifier un partenariat déjà bien établi en télédétection

Le 1er janvier 2018 le CESBIO, Centre d’Etudes spatiales de la Biosphère, UMR associant le CNRS, l’Université Paul Sabatier, le CNES et l’IRD est devenu une USC (Unité Sous Contrat) de l’INRA. Ce partenariat permet de bénéficier de services opérationnels issus de la télédétection à fort potentiels pour les recherches conduites à l’INRA notamment la cartographie annuelle de l’occupation des sols (types de couverts, usages et habitats), les variables biophysiques permettent de caractériser les cultures et suivre la phénologie, et la réponse des couverts : indicateurs de stress, caractérisation des événements extrêmes (sécheresse, gel, ravageurs, incendie, tempête). La conception et le développement de ces services s’appuient sur des travaux liés aux missions spatiales, aux outils de modélisation et de traitement d’images auxquels l’INRA va désormais participer de plus près.

  • Contexte et enjeux

Le Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO) est un laboratoire sous la tutelle du CNES, du CNRS, de l’IRD et le l’Université de Toulouse III - Paul Sabatier (UPS). Il a pour mission d’étudier le fonctionnement de la biosphère continentale et son évolution liée aux pressions anthropiques et climatiques, aux échelles de la parcelle, du paysage et de la région avec prise en compte des hétérogénéités intrinsèques à ces niveaux d’intégration. Beaucoup de travaux du CESBIO impliquent déjà des chercheurs de l’INRA, issus de diverses unités des départements EA et EFPA. Les collaborations sont nombreuses, anciennes, solides et établies dans des contextes et sur des thématiques très variées, avec de nombreuses équipes : Toulouse (Auzeville), Bordeaux, Avignon, Rennes, Grignon, Montpellier, Nancy, Clermont-Ferrand, Laon, Colmar, Orléans etc. Les chercheurs de l’INRA sont associés aux travaux du CESBIO dans le cadre de projets liés à la conception de missions spatiales, à des systèmes d’observation in situ, au développement de modèles de fonctionnement des écosystèmes et à des applications de la télédétection qui tiennent compte des attentes des usagers des différentes filières mais aussi des décideurs publics. Le CESBIO devenant Unité Sous Contrat (USC) de l’INRA, les partenariats existants sont renforcés et sécurisés, et l’unité s’appuie sur les compétences de l’INRA pour améliorer les produits et services qu’elle développe en aval des missions spatiales, notamment pour l’occupation du sol, pour les variables biophysiques et pour la phénologie d’une gamme élargie de cultures (y compris vigne, arboriculture), milieux naturels (y compris milieux aquatiques), forêts métropolitaines et tropicales humides. En parallèle, la création de cette unité permet de renforcer le dispositif INRA en télédétection, conformément aux recommandations d’une prospective sollicitée par la Direction Scientifique Environnement de l’INRA pour analyser les moyens de développer à l'INRA les services opérationnels et produits basés sur la télédétection concernant l'agriculture et la forêt. Cette prospective a analysé plusieurs stratégies et le scénario d'un rapprochement INRA CESBIO a été mis en avant comme le plus prometteur.  L'USC permettra à l'INRA de bénéficier rapidement de l’expertise du CESBIO dans les analyses des séries temporelles de données, dans la maîtrise de la chaîne de traitement opérationnelle des données Sentinel 2, dans le développement de chaînes de production automatisée basées sur les observations satellitaires (Sentinel 1, 2, PALSAR, SMOS, etc.), et dans l’intégration des données d’observations satellites dans les modèles de fonctionnement sur les cultures.

  • Résultats

Plusieurs résultats obtenus par le CESBIO récemment peuvent alimenter la recherche menée à l’INRA, notamment ceux diffusés par le pôle THEIA :
- Changement climatique et cultures intermédiaires : des chercheurs du Centre national de recherches météorologiques (CNRM, Météo-France / CNRS / Université de Toulouse) et du CESBIO ont quantifié l’atténuation climatique qui pourrait être obtenue en ajoutant des cultures ou couverts intermédiaires pendant ces périodes d’inter-cultures. Leur utilisation pourrait permettre de compenser chaque année jusqu’à 7% des émissions de gaz à effet de serre du secteur agricole en Europe.
- Accès à une cadence d’observation inédite : le satellite franco-israélien Venus a été lancé en août 2017 et sa recette en vol, qui visait à valider les images en vue d’une exploitation scientifique, s’est achevée en avril 2018. Cette mission, qui présente des similitudes avec Sentinel-2 mais se concentre sur une centaine de sites expérimentaux, offre une cadence d’observation inédite avec une acquisition tous les 2 jours, idéale pour suivre en continu la phénologie des couverts végétaux au cours d’une saison, suivre les pratiques agricoles, ou l'évolution du couvert neigeux. La conception de la mission Venus par le CESBIO s’est appuyée sur l’expertise de l’unité dans le domaine des séries temporelles d’images de télédétection (https://theia.cnes.fr).
- Informations actualisées sur le territoire national en appui aux recherches agronomiques et aux services dérivés : avec l'aide du CNES, le CESBIO a mis en place depuis 2016 au pôle Theia une chaîne de corrections atmosphériques et de détection nuageuse des données Sentinel-2. Le produit correspondant est appelé niveau 2A. Toutes les données acquises sont traitées en temps réel et sont accessibles gratuitement sur https://theia.cnes.fr. Depuis l'été 2018, c'est une chaîne de synthèse mensuelle, qui a été mise en production sur la France. Cette chaîne permet de fournir chaque mois, une carte des réflectances de France quasiment sans nuages et avec très peu d'artefacts. Du fait de l'absence de nuages et de la continuité des données sur tout le territoire, les données sont très faciles à utiliser pour suivre l'occupation des sols, pour détecter les changements, par exemple dans la couverture forestière, ou encore pour suivre les anomalies de croissance de la végétation.
- Connaissance actualisée du territoire national grâce à la Carte d'Occupation des SOls (OSO) : le CESBIO a publié en 2018 la carte de l’occupation du sol du territoire national pour l’année 2017. Il s'agit d'un produit dérivé d’images spatiales issues de Sentinel-2 après correction atmosphérique (cf fait marquant N°2) à 20 m de résolution, avec une unité minimale de 0,1 ha. Les différents pixels sont répartis sur 17 classes, et la carte est disponible au format raster ou vecteur. La chaîne de traitement iota2, ayant permis la création de la carte est également disponible sous la forme d'un logiciel libre. Il est donc possible de l'adapter à une autre nomenclature, ou de contribuer à son développement. Après le millésime 2016, c’est une production annuelle qui se met en place. La cartographie de l’occupation du sol sur le territoire national est un des produits phares du pôle de données THEIA.

  • Perspectives

Cette USC a le potentiel de devenir le pôle INRA télédétection dédié aux services opérationnels : un pôle qui sera en relation étroite avec les équipes scientifiques des autres centres de l'INRA, sur des questions en amont de la production des services (méthodes, algorithmes, validation) et en aval (applications et valorisation des produits). Le CESBIO bénéficie en retour des compétences de l’INRA en agronomie, sylviculture, viticulture ou arboriculture, de données de terrain issues des unités expérimentales et des observatoires de l’INRA, extrêmement précieux pour les étapes d’apprentissage et de validation des algorithmes. Les retombées positives d'une telle dynamique seront donc favorables à l’ensemble du dispositif INRA télédétection, et à une utilisation beaucoup plus large grâce à une meilleure appropriation des produits de la télédétection sur les questions de recherche INRA sur les surfaces agricoles, forestières, prairiales voire humides. Par ailleurs, le partenariat de l’INRA, historiquement solide et développé au sein de chaque filière, contribue à la pertinence des classes d’occupation du sol, des identifications de successions de cultures et des effets des itinéraires techniques sur les indices télédétectés.

  • Valorisation

Le CESBIO a participé à l’édition 2018 du Salon International de l’Agriculture (voir présentation PDF)  : http://www.inra.fr/Entreprises-Monde-agricole/Resultats-innovation-transfert/Tous-les-dossiers/Les-rencontres-du-SIA-2018/Le-numerique-pour-observer-et-prevenir
Plusieurs communiqués de presse ont également été rédigés sur les travaux du CESBIO : http://www.toulouse.inra.fr/Toutes-les-actualites/CP-Meteo-CESBIO

  • Références bibliographiques

Dominique Carrer, Gaétan Pique, Morgan Ferlicoq, Xavier Ceamanos et Eric Ceschia. What is the potential of cropland albedo management in the fight against global warming? A case study based on the use of cover crops. Environ. Res. Lett. Vol. 13 n° 4 https://doi.org/10.1088/1748-9326/aab650

  • Contact

Laurent Polidori (CNRS / CESBIO), Directeur du CESBIO, Département : EFPA / EA, Centre INRA de Recherche : Occitanie-Toulouse